Un equipo de ingenieros de la Universidad de Colorado Boulder ha desarrollado un metamaterial manufacturado escalable, un material diseñado con propiedades extraordinarias que no se encuentran en la naturaleza, para actuar como una especie de sistema de aire acondicionado para estructuras. Tiene la capacidad de enfriar objetos inclusobajo luz solar directa con cero consumo de energía y agua.
Cuando se aplica a una superficie, la película de metamaterial enfría el objeto debajo al reflejar eficientemente la energía solar entrante de vuelta al espacio mientras simultáneamente permite que la superficie arroje su propio calor en forma de radiación térmica infrarroja.
El nuevo material, que se describe hoy en la revista ciencia , podría proporcionar un medio ecológico de enfriamiento suplementario para centrales termoeléctricas, que actualmente requieren grandes cantidades de agua y electricidad para mantener las temperaturas de funcionamiento de su maquinaria.
El material híbrido de polímero de vidrio de los investigadores mide solo 50 micrómetros de grosor, un poco más grueso que el papel de aluminio que se encuentra en una cocina, y puede fabricarse económicamente en rollos, lo que lo convierte en una tecnología a gran escala potencialmente viable tanto para uso residencial como residencialaplicaciones comerciales.
"Creemos que este proceso de fabricación de bajo costo será transformador para las aplicaciones del mundo real de esta tecnología de enfriamiento radiativo", dijo Xiaobo Yin, codirector de la investigación y profesor asistente que tiene dos citas en el Departamento de CU Boulder deIngeniería Mecánica y el Programa de Ciencia e Ingeniería de Materiales. Yin recibió el Premio Joven Facultad de DARPA en 2015.
El material aprovecha el enfriamiento radiativo pasivo, el proceso mediante el cual los objetos arrojan calor de forma natural en forma de radiación infrarroja, sin consumir energía. La radiación térmica proporciona un enfriamiento natural nocturno y se utiliza para el enfriamiento residencial en algunas áreas, pero el enfriamiento durante el díaHistóricamente ha sido más difícil. Para una estructura expuesta a la luz solar, incluso una pequeña cantidad de energía solar directamente absorbida es suficiente para negar la radiación pasiva.
El desafío para los investigadores de CU Boulder, entonces, era crear un material que pudiera proporcionar un golpe doble: reflejar los rayos solares entrantes de vuelta a la atmósfera y al mismo tiempo proporcionar un medio de escape para la radiación infrarroja. Para resolver esto,Los investigadores incorporaron microesferas de vidrio visiblemente dispersas pero con radiación infrarroja en una película de polímero. Luego agregaron una fina capa de plata debajo para lograr la máxima reflectancia espectral.
"Tanto la formación de metamateriales de polímero de vidrio como el recubrimiento de plata se fabrican a escala en procesos de rollo a rollo", agregó Ronggui Yang, también profesor de ingeniería mecánica y miembro de la Sociedad Americana de Ingenieros Mecánicos.
Durante las pruebas de campo en Boulder, Colorado y Cave Creek, Arizona, el metamaterial demostró con éxito su potencia de enfriamiento radiativo promedio mayor de 110 W / m2 durante 72 horas continuas y mayor de 90 W / m2 en luz solar directa al mediodía. Ese poder de enfriamientoes más o menos equivalente a la electricidad generada usando células solares para un área similar, pero el enfriamiento radiativo tiene la ventaja de funcionar continuamente tanto de día como de noche.
"Solo 10 a 20 metros cuadrados de este material en la azotea podrían enfriar una casa unifamiliar en verano", dijo Gang Tan, profesor asociado en el Departamento de Ingeniería Civil y Arquitectónica de la Universidad de Wyoming y un co-autor del artículo
Además de ser útil para enfriar edificios y plantas de energía, el material también podría ayudar a mejorar la eficiencia y la vida útil de los paneles solares. A la luz solar directa, los paneles pueden sobrecalentarse a temperaturas que obstaculizan su capacidad de convertir los rayos solares en electricidad.
"Simplemente aplicando este material a la superficie de un panel solar, podemos enfriar el panel y recuperar uno o dos por ciento adicional de la eficiencia solar", dijo Yin. "Eso hace una gran diferencia a escala".
Los ingenieros han solicitado una patente para la tecnología y están trabajando con la Oficina de Transferencia de Tecnología de CU Boulder para explorar posibles aplicaciones comerciales. Planean crear un prototipo de "granja de enfriamiento" de 200 metros cuadrados en Boulder en 2017.
La invención es el resultado de una subvención de $ 3 millones otorgada en 2015 a Yang, Yin y Tang por la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Energía del Departamento de Energía ARPA-E.
"La ventaja clave de esta tecnología es que funciona las 24 horas, los 7 días de la semana, sin uso de electricidad o agua", dijo Yang "Estamos entusiasmados con la oportunidad de explorar posibles usos en la industria energética, aeroespacial, agrícola y más".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Colorado en Boulder . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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